超材料（Metamaterial）是指含亚波长人工微结构的复合介质，具有可控的（甚至为负值）有效介电常数和有效磁导率。它的特性主要起源于人工亚波长结构单元，而非材料本身的化学成分。通过改变其亚波长结构单元，超材料可以实现介电常数和磁导率在正负区间的一定范围内的可调，因此，超材料具有常规材料所不具有的特性，能够实现常规材料无法实现的功能。自从2000年世界上第一个左手超材料被人工实现以来，超材料一度成为了世界科学研究的焦点。迄今为止，人们对超材料的研究依然保持有高度的热情。　　 近年来，介电常数和磁导率为一正一负的单负超材料受到不少关注。单负材料分为负介电常数(Epsilon Negative，ENG)材料和负磁导率(Mu Negative，MNG)材料。单个的理想单负材料中只存在呈指数衰减的倏逝波，并不支持电磁波的传播，然而，在由两个不同的单负超材料层或多个不同的单负超材料层构成的多层结构中，当满足一定条件时，伴随有电磁局域现象的隧穿表面态就会发生。本论文通过理论分析、数值模拟和实验验证，系统研究了一维含单负超材料层状结构的电磁传输特性和隧穿态特性。主要的研究成果有以下几个方面:　　 (1)提出一个基于超材料反射相位的谐振腔模型，当模型的谐振条件得到满足时，伴随着局域效应的电磁隧穿现象就会产生;　　 (2)从理论上分析了谐振腔模型在ENG-MNG双层结构中的正确性，并在数值仿真和实验方面进行了验证;　　 (3)从理论上分析了谐振腔模型在ENG-MNG-ENG三明治结构中的正确性，并在数值仿真和实验方面进行了验证。另外，研究发现，控制ENG材料的厚度不变，ENG-MNG-ENG三明治结构的两个隧穿频率会随着中间MNG层的厚度的增大而逐渐靠拢，最后产生耦合;　　 (4)利用谐振腔模型研究了含单负超材料6层结构的电磁传输特性和隧穿态性质，结果显示，对于含单负超材料6层结构的任意一个界面，当电磁波频率满足谐振条件时，界面两端的倏逝波就在该界面处发生耦合共振，形成伴随有电磁局域现象的隧穿表面态，当谐振条件不满足时，则不会形成表面态。该结构的规律足以拓展到更多层的结构，谐振腔模型对多层结构的隧穿表面态性质的研究具有普遍性意义。